CN201208905Y - 一种用于码头牵引车的混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于码头牵引车的混合动力系统，其发电机与发动机同轴连接，动力电池与电池管理系统相连，电池管理系统的多个电源端分别连接发电机控制器和两个驱动电机的驱动电机控制器，发电机控制器与两个驱动电机控制器相连，整车控制器的电信号端分别与发动机控制器、发电机控制器、两个驱动电机控制器和电池管理系统相连，第一驱动电机和第二驱动电机通过变速箱连接车辆车轮的传动轴，用以为车辆车轮提供可变档的动力源。本实用新型针对码头牵引车高油耗高排放的特点，采用串联式混合动力系统，将发动机优化在最佳经济转速区域，极大的提高其经济性，驱动方式上以电机驱动，可实现电启车和电启机模式，以及制动能量回收。

Description

一种用于码头牵引车的混合动力系统

技术领域

本实用新型涉及码头牵引车混合动力系统设计，尤其涉及一种用于码头牵引车的混合动力系统。

背景技术

集装箱运输以其方便、安全、快捷的特点已成为货物运输的发展重点。随着世界经济发展，自2003年以来，集装箱运输每年以超过10％的幅度增长，2006年上半年，我国主要港口完成集装箱吞吐量4212.11万TEU，同比增长22.4％，并依然保持着较高增长态势。

随着集装箱吞吐量的增长，码头牵引车的需求也同步增长，与其他汽车相比，码头牵引车的运行工况有如下特点：(1)速度低，码头内的速度小于40km/h；(2)不需要爬坡，码头内部及码头之间几乎没有坡度；(3)怠速时间长，多辆拖车排队等候装货和卸货期间怠速运行(基本不停车)，怠速时间超过50％。原车码头牵引车设计的后备功率很大，但是根据分析码头牵引车的实际运行工况发现，其工况基本没有坡度，而且对加速性能要求不高，因此大的后备功率是极大的浪费，而且现有码头牵引车在工作过程中大部分时间发动机工作在低效区，燃油经济性差，污气排放高。所以就需要对其进行进一步的改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于码头牵引车的混合动力系统，其采用串联结构的驱动方式可以使发动机始终工作在最佳经济转速区域，极大提高燃油经济性能和减少排放，大约可以减少一半现有发动机的排量。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型的用于码头牵引车的混合动力系统，其包括发动机及发动机控制器、发电机及发电机控制器、第一驱动电机及其驱动电机控制器、第二驱动电机及其驱动电机控制器、动力电池及其电池管理系统、以及整车控制器；所述发电机与所述发动机同轴连接，用于由所述发动机带动所述发电机发电；所述动力电池与所述电池管理系统相连，所述电池管理系统的多个电源端分别连接所述发电机控制器和两个驱动电机的驱动电机控制器，所述整车控制器的电信号端分别与所述发动机控制器、发电机控制器、两个驱动电机控制器和所述电池管理系统相连，所述发电机控制器与两个驱动电机控制器相连；所述第一驱动电机和第二驱动电机通过变速箱连接车辆车轮的传动轴，用以为车辆车轮提供可变档的动力源。其中，所述第一驱动电机和第二驱动电机通过变速箱连接车辆后车轮的传动轴。

其中，所述第一驱动电机和第二驱动电机均采用永磁同步电机，其功率密度高，过载能力强，调速范围宽广，效率高，在低速区具有恒转矩特性，高速区具有恒功率特性，且作为发电机回收制动能量时效率较高。

其中，所述变速箱为两档电控变速箱，且为双输入结构，根据整车功率需求可选装单输入驱动电机或双输入驱动电机。

本实用新型的系统中，整车控制器实时接收各个控制器反馈的运行工况数据，并经过运算处理后向发动机控制器、发电机控制器、两个驱动电机控制器以及电池管理系统发出指令信号，用于设定发动机或驱动电机装置的工作模式，并控制发电机控制器将所述发电机输出的电能通过驱动电机控制器提供给所述两个驱动电机，或者控制电池管理系统将所述动力电池输出的电能通过所述驱动电机控制器提供给所述两个驱动电机、或者控制所述驱动电机控制器回收刹车制动的能量并反馈给所述动力电池。

采用上述方案，本实用新型针对码头牵引车高油耗高排放的特点，提出了一种串联式双电机混合动力驱动系统及其驱动方法。本实用新型采用双电机串联式混合动力驱动系统，并采用双电机驱动后桥，小排量发动机驱动发电机发电，给驱动电机供电或是给电池充电，将发动机优化在最佳经济转速区域，极大的提高其经济性，驱动方式上以电机驱动，可实现电启车和电启机模式，以及制动能量回收。显著提高经济性和改善排放。

附图说明

图1为本实用新型混合动力系统的结构示意图，其中，粗实现表示机械连接，虚线表示强电连接，细实线表示控制信号的弱电连接；

图2是本实用新型混合动力系统中的整车控制信号示意图。

具体实施方式

以下对本实用新型的较佳实施例加以详细说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种用于码头牵引车上的混合动力系统，其主要包括发动机110及发动机控制器220、发电机120及发电机控制器160、第一驱动电机130及其驱动电机控制器170、第二驱动电机140及其驱动电机控制器180、动力电池210及其电池管理系统190、以及整车控制器200；其中，第一驱动电机130和第二驱动电机140通过变速箱150连接车辆的车轮传动轴，用以为车轮提供动力源，其可以设置在车辆的后桥传动轴上。发电机120与发动机110同轴连接，由发动机110带动发电机120发电；发电机120输出的电能通过发电机控制器160和驱动电机控制器(130、140)逆变后提供给驱动电机装置，直接驱动第一驱动电机130和第一驱动电机140，并且发电机120输出的电能还通过发电机控制器160逆变后通过电池管理系统190送入动力电池210中，用以存储；动力电池210与电池管理系统190相连，电池管理系统190的多个电源端分别连接发电机控制器160和驱动电机控制器(170、180)，用于将动力电池210输出的电能根据整车控制器200的指令，分配给混合动力系统的各个部件用以提供工作电压；而整车控制器200的电信号端分别与发动机控制器130、发电机控制器160、两个驱动电机控制器(170、180)和电池管理系统190相连，用于实时接收各个控制器反馈的运行工况数据，并经过运算处理后向发动机控制器220、发电机控制器160、驱动电机控制器(170、180)、电池管理系统190发出指令信号，用于设定发动机110或驱动电机装置的工作模式，并控制发电机控制器160将发电机120输出的电能通过驱动电机控制器(170、180)提供给所述两个驱动电机(130、140)，或者控制电池管理系统190将动力电池210输出的电能通过驱动电机控制器(170、180)提供给两个驱动电机(130、140)、或者控制驱动电机控制器(170、180)将驱动电机(130、140)的刹车制动的能量回收反馈给动力电池210。

上述第一驱动电机和第二驱动电机均采用永磁同步电机，其功率密度高，过载能力强，调速范围宽广，效率高，在低速区具有恒转矩特性，高速区具有恒功率特性，且作为发电机回收制动能量时效率较高。上述所提到的各种控制其均具有逆变功能。如图2所示，发电机、发动机和驱动电机装置的驱动控制器或控制器均将各自控制对象的转矩、使能、方向等信号传送给整车控制器，由其做全局控制；而同时电池组信息、油门、制动以及驾驶员的操作钥匙的信息也会一并送入整车控制器中，作为控制策略的参考信息。

上述变速箱为两档电控变速箱，且为双输入结构，根据整车功率需求可选装单输入驱动电机或双输入驱动电机。变速箱既有变速功能又有动力耦合功能，即将两个驱动电机的动力耦合，变速后再通过传动轴驱动车轮。本实用新型设计的车辆变速装置采用两档电控变速箱，增加调速范围，在满足车辆设计最高车速范围的基础上，起到减速增矩的功能。该变速箱采用双输入模式，可以根据整车功率需求选择单电机输入和双电机输入，可扩展性好，实用性强。

整车控制器200协调发电机控制器、驱动电机控制器、电池管理系统，分别对发电机、驱动电机以及动力电池进行控制，并通过CAN总线接收发电机和驱动电机的转速、转据和功率，以及母线电压、电流信号，并根据不同工况下的整车控制策略，给出发动机油门控制信号、驱动电机和发电机转据控制信号，以及变速箱换档信号，从而控制整车运行，而且整车控制器200在相适应的控制策略下通过优化电机和发动机启停以及运转速度，达到节能减排的目的。例如，当码头牵引车在空载或轻载时可仅用一个电机驱动，并挂高档，以使驱动电机在高效区运行，并提高车辆工作效率。当车辆重载时用双电机驱动，且通过变速器自动换档使电机尽可能运行在高效区。另一方面，控制发动机带动发电机发电，发电功率由驱动所需电功率及电池SOC决定，电能供给驱动电机，用于驱动车辆。当电力富余时，向动力电池充电，制动时有可回收部分能量向动力电池组充电。当车辆起步，爬坡或加速时可由发电机和电池同时向驱动电机供电。

本实用新型的混合动力总成可实现以下驱动模式：

(1)电启车模式

车辆起步时，以纯电模式驱动车辆，避免了启车时发动机高油耗，高排放的缺点。

(2)电驱动模式

车辆正常行驶时由电机驱动，能量来源于发电机或储能电池，当驱动只有小功率需求时，由发电机单独供电，大功率需求时则由发电机和电池联合供电，这样可减少电池的使用循环次数，提高电池使用寿命。

(3)电启机模式

发动机启动时，先启动发电机，由发电机将发动机很快提升到经济转速区域，这样可显著减少发动机启动时的高油耗和高排放。

(4)行车充电模式

行车状态，如果整车在小功率需求下运行，有功率富裕，且电池SOC值小于安全设定值，富裕功率给电池充电，增加发动机的负荷率，有利于提高发动机利用率。而当电池荷电状态大于设定值时，则结束行车充电模式。

(5)制动能量回收模式

制动时，驱动电机作为发电机，回收制动能量，给电池充电，提高能量利用率。

(6)驻车充电模式

停车状态时，如果车载电池的荷电状态太低，可以进入驻车充电模式。由发动机带动发电机发电，当电池荷电状态大于设定值时，则结束驻车充电模式。

综上所述，本实用新型采用上述方案后，在车辆排队等候装卸集装箱的时间较长，可利用停车时间为电池充电，把能量储存起来备用。因此发动机可以选得较小，节省燃油，降低排放和噪音，可控制发动机长期在高效区工作，发动机在这个区域工作时，效率最高，经济性好，排放低。发动机运行状况基本不受车辆行驶工况的影响，减小排放与燃油消耗，相对于传统车辆发动机来说，其车辆行驶状况比较稳定，不会导致发动机运转状况突变，从而增加发动机的污气排放量、以及燃油消耗。

在本实用新型中采用两台驱动电机通过变速器耦合来驱动牵引车，在空载或轻载情况下只需一台驱动电机运转，在重载或加速，起步时两台驱动电机同时工作可提供更强劲的动力。这样一来可以避免需要大功率永磁同步电机的高成本及复杂的工艺，并且本实用新型在两台驱动电机的动力通过变速箱耦合变速，可保证驱动电机工作在高效区。本实用新型可以实现纯电动工况下，起步和低速行驶、达到零排放、低噪音的效果。本实用新型提高了汽车的燃油经济性，整车综合节能显著，大大地降低了排放，减小了噪音。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1、一种用于码头牵引车的混合动力系统，其包括发动机及发动机控制器，其特征在于，该系统还包括：发电机及发电机控制器、第一驱动电机及其驱动电机控制器、第二驱动电机及其驱动电机控制器、动力电池及其电池管理系统、以及整车控制器；

所述发电机与所述发动机同轴连接，用于由所述发动机带动所述发电机发电；所述动力电池与所述电池管理系统相连，所述电池管理系统的多个电源端分别连接所述发电机控制器和两个驱动电机的驱动电机控制器，所述整车控制器的电信号端分别与所述发动机控制器、发电机控制器、两个驱动电机控制器和所述电池管理系统相连，所述发电机控制器与两个驱动电机控制器相连；所述第一驱动电机和第二驱动电机通过变速箱连接车辆车轮的传动轴，用以为车辆车轮提供可变档的动力源。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一驱动电机和第二驱动电机均采用永磁同步电机。

3、根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述变速箱为两档电控变速箱，且为双输入结构，根据整车功率需求可选装单输入驱动电机或双输入驱动电机。

4、根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第一驱动电机和第二驱动电机通过变速箱连接车辆后车轮的传动轴。

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